Ampère et la chimie · 2020. 2. 25. · Ampère et la chimie Myriam Scheidecker-Chevallier 1 Au...

Bulletin de la SabixSociété des amis de la Bibliothèque et de l'Histoire del'École polytechnique

37 | 2004

André Marie Ampère (1775-1836)

Ampère et la chimie

Myriam Scheidecker-Chevallier

Édition électroniqueURL : http://journals.openedition.org/sabix/471ISSN : 2114-2130

ÉditeurSociété des amis de la bibliothèque et de l’histoire de l’École polytechnique (SABIX)

Édition impriméeDate de publication : 1 septembre 2004Pagination : 39-51ISBN : ISSN N° 2114-2130ISSN : 0989-30-59

Référence électroniqueMyriam Scheidecker-Chevallier, « Ampère et la chimie », Bulletin de la Sabix [En ligne], 37 | 2004, mis enligne le 21 octobre 2010, consulté le 02 mai 2019. URL : http://journals.openedition.org/sabix/471

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Myriam Scheidecker-Chevallier

1 Au cours des années 1805-1825, l’Ecole polytechnique est un foyer très actif de recherches

physico-chimiques. La chimie est l’objet de cours magistraux et de travaux pratiques. Des

professeurs avec leurs assistants y font fonctionner des laboratoires d’enseignement et de

recherches. Ampère qui, à partir de 1804, est logé à l’Ecole polytechnique se trouve

entouré des plus éminents chimistes français : Gay-Lussac, Thénard, Biot et Dulong plus

tard, tous patronnés par Berthollet. Ampère qui est d’abord mathématicien et physicien,

constate :

« A l’égard de la chimie, je ne saurais y faire de découvertes puisque je ne peux faire

d’expérience. Je me borne à réfléchir sur celles qu’on a faites depuis peu et dont la

plupart ne sont pas encore publiées, ce qui fait que je n’en ai que des notions très

vagues. Néanmoins, j’aperçois beaucoup de conséquences qui vont lui faire faire des

pas immenses, ou même la changer de face ».1

2 Dès la découverte de la pile Volta en 1800, les chimistes se passionnent pour les

phénomènes qui se produisent lorsqu’on soumet les substances à l’électrolyse. C’est ainsi

que l’on découvre de nouveaux corps : le potassium, et le sodium en 1807 ; l’iode en 1811 ;

et entre temps, le chlore par décomposition de l’acide muriatique. Nous trouvons Ampère

mêlé à toutes les discussions sur la nature de ces corps.

3 De plus Ampère réussit à publier trois sortes de travaux en chimie, qui ne demandent

aucune expérimentation de sa part :

1. une classification de tous les corps simples connus à l’époque qui est une synthèse remarqua ‐ble de tous les travaux accumulés dans les laboratoires de chimie.

2. une démonstration de la loi de Mariotte2 ; l’étude des gaz est bien du domaine de la chimie

car ceux-ci sont considérés, à l’époque, comme une combinaison de « calorique » et d’un radi ‐cal spécifique pour chacun d’eux.

3. une théorie géométrique de la combinaison chimique basée sur une synthèse des résultats

de la cristallographie d’Haiiy, des lois sur les proportions définies et multiples et de la loi

volu-métrique sur les gaz de Gay-Lussac.


Bulletin de la Sabix, 37 | 2004

1

Ampère et la découverte des halogènes

Le chlore

4 Lorsque Scheele [1742-1784] mettait en contact l’acide muriatique [HCl] sur la pyrolusite

[MnO2] finement pulvérisée, il constatait que l’acide acquérait une odeur suffocante,

semblable à celle de l’eau régale chaude. Il supposait que la pyrolusite s’emparait du

« phlogistique » contenu dans l’acide muriatique et que le produit obtenu [le chlore]

pouvait être désigné par « acide muriatique déphlogistiqué ». Actuellement on écrirait la

réaction d’oxydo-réduction ainsi :

2HC1 + MnO2 — C12(gaz) + H2O + MnO

5 En 1785, Berthollet [1748-1822] pensait que le gaz suffocant obtenu ainsi était un composé

d’acide muriatique et d’oxygène qu’il nommait : acide oxymuriatique. De fait, les

solutions de chlore laissées à la lumière se décomposaient en donnant de l’oxygène

gazeux, ce qui dans le cadre conceptuel de l’époque, pouvait très bien s’interpréter

comme une décomposition de « l’acide muriatique déphlogistiqué » en acide muriatique et

oxygène.

6 En Juillet 1810, dans une communication lue à la Royal Society, le grand chimiste anglais

Humphry Davy [1778-1829] entreprend le commentaire détaillé du mémoire de Gay-

Lussac et Thénard de 1809 au sujet de l’acide oxymuriatique et fait remarquer :

« Un des phénomènes les plus singuliers que j’ai observé à ce propos... est que le

charbon, même chauffé à blanc dans du gaz d’acide oxymuria-tique... n’y produit

aucun effet... Cette expérience, que j’ai répétée à plusieurs reprises, m’a conduit à

douter que cette substance contînt l’oxygène »3.

7 Il est en mesure de conclure peu de temps après que cet « acide », étant insensible au

charbon, ne contient pas d’oxygène et qu’on doit le nommer d’un autre nom : « ... basé sur

une de ses propriétés les plus évidentes et caractéristiques : sa couleur, et de l’appeler

« chlorine » ou gaz chlorique du mot grec «χλωϴoζ »qui signifie « vert»4.

8 Ampère, de son côté, s’intéresse fort à la question du caractère élémentaire du chlore. Il

écrit une première lettre à Davy, datée du 1er novembre 1810 :

« ... il m’a semblé évident que, pour refuser au gaz oxy-muriatique le nom de corps

simple, il faudrait renoncer à cet axiome de la chimie moderne qu’on doit donner ce

nom à tous les corps qu’on n’a point encore décomposés. J’ai été également frappé

de l’analogie des gaz oxygène et oxy-muriatique, celui-ci formant, avec des corps

combustibles comme l’hydrogène, le soufre, le phosphore, l’étain, etc., des acides

qu’on pourrait nommer : acide hydromuriatique [HCl] ; acide sulfuro-muriatique

[SCl2] ; acide phosphoro-muriatique [PCl3] ; acide stanno-muria-tique [SnCl2], etc.

... »5.

9 En outre, dans cette lettre, Ampère interprète correctement la réaction de la solution de

chlore laissée à la lumière ainsi que la réaction de formation du chlore (acide oxy-

muriatique) à partir du dioxyde de manganèse :

« Tout cela suppose que l’oxygène que l’on obtient en exposant l’acide oxy-

muriatique liquide à la lumière vient de l’eau décomposée et que l’oxyde noir de

manganèse donne naissance au gaz oxy-muriatique, parce que son oxygène enlève,

pour former de l’eau, l’hydrogène uni à ce gaz dans l’acide hydro-muriatique ».

10 Autrement dit dans notre formalisme actuel :

C12 + H2O → 1/2O2 + 2HC1



2

MnO2 + 2HC1 → C12 (g) + H2O + MnO11 On peut remarquer que ces deux dernières réactions ne figurent pas explicitement dans

le mémoire que Davy a lu à la Royal Society en juillet 1810, mais elles sont clairement

explicitées dans le second mémoire de Davy du 15 novembre 1810, après qu’il ait reçu la

lettre d’Ampère. Il est manifeste que dans la compréhension de la chimie du chlore,

Ampère et Davy sont en phase et en avance sur les autres chimistes français : Berthollet,

Gay-Lussac et Thénard.

L’iode

12 Jusqu’ici, pour obtenir du salpêtre en brûlant des algues brunes (Fucus, Laminaria...,) on

recueillait des cendres riches en chlorures, bromures, iodures, carbonates et sulfates de

sodium, potassium, magnésium et calcium mais on ne cherchait à garder que les

composés de sodium et de potassium. Les liqueurs mères que l’on obtenait par extraction

à l’eau étaient connues sous le nom de salin de varech ou soude de varech. Pendant le

processus d’évaporation, le chlorure de sodium commençait à précipiter et, un peu plus

tard, le chlorure et le sulfate de potassium. Pour détruire les composés sulfurés : polysul-

fures, sulfites et hyposulfites résultant de la réduction des sulfates lors de la calcination, il

fallait ajouter de l’acide sulfurique dans la liqueur mère.

13 Un jour de 1811, ayant sans doute utilisé un excès d’acide, un salpêtrier Bernard Courtois

[1777-1828] a la surprise de constater un dégagement de vapeurs violettes, qui ont une

odeur irritante semblable à celle du chlore. Lorsque ces vapeurs se condensent sur des

objets froids, elles ne donnent aucun liquide mais de jolis cristaux très foncés d’un bel

aspect métallique.

14 Bien que ces propriétés saisissantes lui fassent suspecter la présence d’un nouvel élément,

Courtois ne dispose ni d’un laboratoire suffisamment équipé, ni du temps nécessaire à de

telles recherches, les guerres de l’Empire exigeant de grosses livraisons de salpêtre. Aussi

demande-t-il à deux de ses amis comme lui originaires de Dijon, C.-B. Désormes et N.

Clément, de poursuivre cette investigation, dans leur laboratoire du Conservatoire des

Arts et Métiers.

Le spath fluor



3

Humphry Davy

Jon Berzelius

15 L’annonce par Clément et Désormes de la découverte de l’iode n’a lieu que deux ans plus

tard, le 29 novembre 1813 à l’Institut. Ils donnent tous les détails pour l’obtention de la

nouvelle substance selon le procédé découvert par Courtois et suggèrent que, combinée à

l’hydrogène, elle semble donner de «l’acide muriatique». C’est alors que Gay-Lussac qui a

été nommé rapporteur des travaux présentés par Clément, se met à l’étude de cette

nouvelle substance. Dès lors Gay-Lussac et Davy entrent en compétition et les conclusions

qu’ils donnent, le 12 décembre pour le premier et le 13 pour le second, sont pratiquement

les mêmes, aussi les historiens des sciences admettent qu’ils doivent se partager tous

deux l’honneur d’avoir élucidé la nature de l’iode.

16 Mais quelle part Ampère a-t-il joué dans la découverte du caractère élémentaire de

l’iode ?

17 En juin 1813, Ampère qui connaît la découverte de Courtois et les travaux de Clément et

Désormes, écrit à Davy :

« Aujourd’hui toutes les substances simples semblent se partager en deux grandes

classes : les corps comburants et les corps combustibles. L’existence de deux



4

comburants, l’oxygène et le chlorine, est actuellement mise hors de doute. Le

fluorine va s’y joindre, et peut-être en trouvera-ton bientôt un quatrième dans une

substance nouvelle, récemment découverte en France, et dont j’ai vu des effets

extrêmement singuliers, mais sur laquelle je ne puis encore vous donner aucun

détail »6.

18 Lorsque Davy arrive en France le 20 octobre 1813, quelle n’est pas sa surprise de constater

que Mr Ampère :

« qu’il considérait comme le seul chimiste de Paris à avoir pleinement compris la

valeur de ses découvertes »

19 vienne le trouver en compagnie de Clément et Désormes pour lui donner un échantillon

de la substance découverte par Courtois, deux ans auparavant. Sir Humphry Davy

s’empresse de faire plusieurs expériences, avec son matériel portatif de voyage, ce qui lui

permet d’être compétitif vis-à-vis de ses homologues français.

20 Plus tard, en 1815 A.-M. Ampère, avec une pointe de regret, confie à son ami le philosophe

Ballanche :

« Heureux ceux qui cultivent une science à l’époque où elle n’est pas achevée, mais

où sa dernière révolution est mûre ! La voilà faite entièrement par Gay-Lussac qui

achève l’ébauche créée par le génie de M. Davy, mais que j’eusse infailliblement

faite, que j’ai faite réellement le premier, mais que, malheureusement, je n’ai pas

publiée quand il en était temps. Que m’importe au reste »7.

Le fluor

21 Comme on le sait, il faudra attendre jusqu’en 1886 pour que Henry Moissan réussisse à

isoler le fluor gazeux sur l’anode de platine iridiée d’une cuve à électrolyse contenant une

solution de fluorure acide de potassium dans l’acide fluorhydrique anhydre. Mais les

terres contenant du fluor à l’état de fluorures étaient connues depuis très longtemps et

désignées par le nom de spath fluor.

22 En 1771, Scheele avait fait l’investigation du spath fluor ; ce minerai chauffé dans de

l’huile de vitriol [H2SO4] corrodait le verre. Il avait conclu, entre autres, que le spath fluor

consistait essentiellement en une terre calcaire saturée d’un acide spécifique. Il s’était

aperçu, de plus, que l’acide du spath fluor pouvait dissoudre la terre siliceuse ce qui

rendait pratiquement impossible sa préparation dans des récipients en verre.

23 La décennie suivante, les chimistes J. C. F. Meyer (1781), C. F. Wenzel (1783) et Scheele

(1786) prirent l’habitude de préparer l’acide dans des vases métalliques, en étain ou en

plomb, et commencèrent à obtenir de petites quantités d’acide fluorhydrique

pratiquement pur en solution8.

24 Mais au cours de l’année 1809, en chauffant un mélange de spath fluor, supposé exempt

de silice, dans l’acide sulfurique bouillant Gay-Lussac et Thénard sont capables

d’interpréter correctement l’ob tention de l’acide fluorique pur selon la réaction : CaF2 + H

2SO4 - 2HF + CaSO 4 (formalisme actuel). De plus, ils élucident l’action de l’acide

fluorhydrique sur la silice et sur l’oxyde borique.

25 Les historiens des sciences retiennent généralement que c’est Ampère qui suggère à Davy

que l’acide fluorhydrique doit être un composé d’hydrogène et d’un élément inconnu

analogue au chlore et à l’iode et qu’il propose de nommer fluor, puis phtore. En effet, la

correspondance entre Ampère et Davy ne laisse aucun doute à ce sujet. Le 1er novembre

1810, Ampère fait part de ses réflexions au célèbre chi miste :



5

« Permettez-moi de donner à ce troisième corps comburant le nom d’oxy-fluorique

[fluor] ; il se trouverait combiné avec le calcium dans ce qu’on appelle le fluate de

chaux. Quand cette dernière substance est chauffée dans un tube de plomb avec de

l’acide sulfurique concentré où il y a toujours de l’eau, l’oxygène de cette eau

convertirait le calcium en chaux pour donner naissance au sulfate de chaux qui se

forme, et son hydrogène se combinerait avec l’oxy-fluorique pour former cet acide

hypofluorique [HF] sous forme liquide, qui produit de si terribles effets sur les corps

vivants. Celui-ci mis en contact avec l’oxyde de silicium, il y aurait formation d’eau

et le silicium uni à l’oxy-fluorique donnerait ce gaz qu’on nomme acide fluorique

silicé, que, dans cette hypothèse on devrait appeler acide silicio-fluorique [SiF4] et

qui serait analogue aux autres acides gazeux ».

26 Cette lettre indique clairement qu’Ampère fait l’hypothèse de l’existence d’un troisième

corps comburant analogue au chlorine et à l’oxygène. Il n’ose pas encore l’appeler

fluorine (par analogie au chlorine) et l’appelle oxy-fluorique (par analogie à l’oxy-

muriatique, ancien nom donné au chlore) alors qu’il est déjà à peu près persuadé, comme

Davy, que le chlore ne contient pas d’oxygène.

27 Il postule la formation de SiF4 (acide fluorique silicé) et de BF3 (acide boro-fluorique) ; et,

en continuant les analogies entre le fluor et le chlore, il soupçonne qu’il est possible de

former des combinaisons binaires entre le fluor et le soufre et entre le fluor et le

phosphore.

28 Ampère ne se trompe guère en suggérant d’isoler la substance inconnue combinée avec

l’hydrogène dans l’acide hydrofluorique par électrolyse de l’acide anhydre en utilisant

une anode en carbone puisque ce procédé sera utilisé plus tard (et encore de nos jours)

pour préparer industriel lement le fluor9. La réponse de Davy écrite le 8 février 1811 ne

parviendra à Ampère que le 14 août 1812 (dix-huit mois plus tard !) :

« ...Vous avez mis en évidence d’une manière magistrale les analogies entre les gaz

fluorique [HF] et muriatique [HCl] Je ne vois qu’une objection à vos vues, c’est qu’il

semble se former de la potasse en brûlant du potassium dans le gaz silico-fluorique

[SiF4] ; ce qui semble impliquer qu’il y a en lui quelque substance contenant de

l’oxygène... »10.

29 L’objection que fait Davy est assez faible. Il pense que si de la potasse [oxyde de

potassium] se forme en faisant brûler du potassium dans du SiF4, ce dernier ainsi que

l’acide fluorique [HF] de départ contiendraient de l’oxygène ?

30 Ampère n’a pas de difficulté à lever l’objection de Davy, dans la lettre très détaillée qu’il

lui adresse le 26 août 1812 . Il explicite sans ambiguïté les réactions suivantes :

4HF + SiO2 → SiF4 + 2H2O SiF4 + 4K → 4KF + Si

31 Donc, de la potasse se forme seulement si on laisse de l’eau dans le mélange réactionnel.

32 Les arguments d’Ampère sont totalement acceptés par Davy si l’on en juge par la lettre

qu’il lui adresse le 6 mars 1813 :

« Vos vues ingénieuses concernant le fluor peuvent être confirmées. J’ai quelques

raisons pour conclure de mes expériences qu’il n’y a pas d’oxygène combiné avec le

potassium dans l’expérience sur la combustion du potassium dans le gaz silico-

fluoré et que la première vue que je me for mais à ce sujet était incorrecte ».

33 Le 8 juillet 1813, H. Davy reconnaît l’analogie frappante entre le chlore et le fluor et

remercie Ampère pour sa contribution originale. Cette fois-ci Ampère prend soin de faire

connaître à la communauté scientifique le rôle qu’il a joué pour établir la nature

élémentaire du fluor et la composition de l’acide fluorhydrique.



6

34 L’impression générale qui se dégage de l’attitude d’Ampère au cours du débat scientifique

sur la découverte du caractère élémentaire des trois halogènes : chlore, iode, fluor est,

nous semble-t-il, son ouverture d’esprit, sa façon très vive de saisir les analogies, et de

croire à l’unité de lois naturelles. Ce qui semble clair c’est qu’Ampère est enclin à suivre

Davy et à interpréter de la même façon que lui les nouveaux faits chimiques et qu’il a

sûrement du mal, n’étant pas chimiste lui-même, à se faire entendre par ses collègues, qui

doivent se demander de quoi il se mêle. Ampère et Davy sont tout deux des autodidactes,

aussi peuvent-ils s’autoriser une indépendance de pensée, que ni Gay-Lussac et ni

Thénard, pro tégés de Berthollet, ne peuvent se permettre.

Une classification «naturelle» des corps simples

35 La liste des corps simples ne cessant de s’accroître, en 1816, Ampère imagine une

méthode de classification pour ceux-ci. Il a l’idée d’appliquer la méthode naturelle mise au

point par J.-A. Jussieu en botanique à la chimie. Ampère s’intéresse aux classifications des

êtres de la nature. Il croit, en l’existence d’un ordre naturel, que seule une « méthode

naturelle » pourra atteindre :

« il me paraît qu’on doit s’efforcer de bannir de la chimie les classifications

artificielles et commencer par assigner à chaque corps simple la place qu’il doit

occuper dans l’ordre naturel... ».

36 Pour Ampère, chaque corps simple est un être suffisamment bien défini pour qu’il soit

considéré comme une « espèce » au sens des naturalistes. Aussi va-t-il se préoccuper de

délimiter des « genres » naturels à partir de l’étude de toutes les caractéristiques que

chacun d’eux présente. Mais si l’objet en botanique dépend exclusivement de

l’observation, l’objet chimique dépend beaucoup de l’expérimentation qui seule peut

révéler les analogies chimiques. Ampère, nous l’avons dit, est très au courant des

résultats des chimistes expérimentateurs et il va s’en servir pour théoriser sa

classification des corps simples de la chimie.

37 Il se conforme à l’idée de « série », où chaque élément chimique de la série diffère du

précédent par une variation assez faible de l’ensemble de tous ses caractères. Ainsi, la

série que découvre Ampère, en la construi sant est une boucle fermée où :

« chaque genre se trouvant placé, dans l’ordre naturel, entre deux autres qui ne

peuvent en être séparés, on est libre de choisir à volonté celui qu’on étudiera le

premier pourvu que, des deux genres qui s’en rapprochent le plus, l’un soit examiné

immédiatement après et l’autre le dernier de tous ».

38 Cette idée de continuité est à l’origine de la notion d’analogies horizontales dans le futur

tableau périodique11.

39 Pour classer les corps simples, Ampère ne veut pas sélectionner un ou deux caractères

jugés a priori prépondérants, ce qui aboutirait à une classification artificielle. Au

contraire, il s’agit de considérer pour chaque corps simple l’ensemble des caractères

ayant une signification chimique et qui pour être découverte exige une démarche

expérimentale construite.

40 Ampère commence par former des portions de chaîne qu’il appelle « genres » ; il en

constitue quinze à partir des quarante huit corps simples, ou espèces, connus à l’époque.

Il distribue ces genres en deux grandes classes les « gazolytes » et les « métaux » et

subdivise la classe des métaux en deux groupes « les métaux leucolytes »et « les métaux



7

chroïcolytes ». Il suit une marche ascendante, c’est à dire des individus aux genres puis aux

classes, et une marche descendante inverse, comme l’avait fait De Jussieu en botanique.

Chaque genre possède de deux à cinq corps simples qui se ressemblent par un ensemble

de caractères qu’il juge déterminants ; pour ce faire, Ampère inventorie toutes les

réactions entre corps simples, connues à son époque. La classe des gazolytes comprend

tous les corps qui

« sont susceptibles de former, avec d’autres substances de la même classe des gaz

permanents qui puissent subsister sans se décomposer lorsqu’ils sont mêlés à l’air

atmosphérique ».

41 On peut remarquer ici que le fait pour un corps simple de former un corps gazeux avec un

autre corps simple de la même classe n’est pas une propriété chimique. Il s’agit d’une

caractéristique physique : l’état gazeux qui n’est pas une donnée pertinente en chimie,

cependant les « gazolytes » ainsi répertoriés qui sont « les non métaux »sont des corps qui

se ressemblent pour un tas d’autres raisons, chimiques évidemment, et Ampère

naturellement en tient le plus grand compte. Dès lors, la deuxième classe comportera

tous les corps simples qui ne présentent pas cette propriété, c’est à dire, les métaux.

Ampère se rend compte, par l’examen de la réactivité des métaux que l’on peut les

séparer en deux séries : les « leucolytes » (du grec blanc, clair, transparent) qui forment

dans les acides des dissolutions incolores, et les « chroïcolytes » (du grec coloré) qui

forment dans ces mêmes acides des dissolutions colorées. Cette particularité semble

d’ailleurs reliée à une autre, sans que l’on sache pourquoi : la fusibilité ; en effet, les

« leucolytes » sont facilement fusibles, alors que les « chroïcolytes » exigent une très haute

température pour fondre. Ici, nous le constatons, Ampère associe des analogies de

caractère physique, c’est à dire accessibles par l’observation seule - la coloration des

dissolutions acides des métaux et leur fusibilité - à des analogies de caractère chimique

qui exigent pour être reconnues une étude complète de la réactivité des corps simples

entre eux. Il subodore implicitement, nous semble t-il, que des caractéristiques physiques

observables à l’échelle macroscopique peuvent avoir des raisons chimiques actuellement

inconnues, à l’échelle microscopique.



8

42 En effet, les métaux pour Ampère, ne doivent pas être classés en observant leurs seules

qualités physiques. Le souci constant d’Ampère est d’établir des rapports entre

caractères, quels qu’ils soient, pour saisir les analogies chimiques.

43 Dans un deuxième temps, il lui faut chercher les limites qui séparent chaque genre de

tous les autres ; les corps simples d’un même genre ne doivent pas se succéder au hasard,

afin de respecter une continuité à l’intérieur du même genre et aussi entre les genres

entre eux12. Ampère s’applique à chercher, celui des corps simples qui établit dans chaque

genre, la transition avec le genre suivant ou le genre précédent dans la série, par

exemple :

« l’analogie extrêmement marquée qu’on observe entre le cérium et les métaux du

genre précédent, détermine l’ordre suivant lequel ils doivent être placés ».

44 La classification des corps simples d’Ampère, relativement ignorée par les épistémologues

et historiens des sciences, révèle à l’examen des aspects novateurs pour l’époque13. Tout

d’abord, en se servant « d’une méthode naturelle » il donne du poids à l’idée qu’il existe

un ordre naturel pour le classe ment des corps simples14. Ampère montre qu’un corps

simple particulier se classe dans une famille par la considération d’une somme de

propriétés synthétiques plutôt que par la connaissance d’un caractère bien déterminé et

saillant. Il réalise un progrès important dans la constitution des « familles naturelles » qu’il

appelle « genres » et qui plus est, ces familles ne sont pas des collections d’objets

indépendants entre eux, il existe un ordre dans la succession des familles et cet ordre

n’est pas très éloigné de celui du futur tableau périodique15. De plus la classification

d’Ampère n’est pas rigide, sa souplesse et son adaptabi-lité sont un moyen de faire

progresser la connaissance16.



9

Ampère et la chimie théorique : une théoriegéométrique de la combinaison chimique

45 Ampère va élaborer une théorie de la combinaison chimique17, où il énonce une

hypothèse longtemps refusée par la communauté scientifique et que nous appelons

aujourd’hui « la loi d’Avogadro-Ampère ». En mars 1813, il fait part de ses espoirs à son ami

Roux :

« Mes conversations avec M. Davy m’avaient donné une impulsion des plus grandes

pour la chimie. Je me suis occupé environ deux mois d’un travail dont le résultat me

semblait devoir ouvrir dans cette science une nouvelle carrière et donner le moyen

de prévoir a priori les rapports fixes suivant lesquels les corps se combinent, en

rapportant leurs diverses combinaisons à des principes qui seraient l’expression

d’une loi de la nature, dont la découverte sera peut-être, après ce que j’ai fait l’été

passé en métaphysique, ce que j’aurai conçu de plus important dans toute ma vie [...

] car la théorie des combinaisons chimiques [... ] deviendra une chose aussi usuelle

dans les sciences physiques que les autres théories généralement admises ».

46 Ampère, tout comme Laplace et Berthollet, a une vision statique de la structure intime de

la matière :

« la manière dont sont arrangées les molécules des corps est telle qu’il n’y a pas

plus de mou vement dans les liquides et les gaz que dans les solides».

47 Les distances entre particules dépendent de trois sortes de forces :

«la pression qu’ils supportent, la répulsion entre leurs particules, produite par le

calorique, et les forces attractives et répulsives propres à chacune des particules qui

dépendent de leur nature et impriment des qualités diverses aux corps d’espèces

différentes ».

48 Ces forces jouent des rôles différents dans les trois états de la matière ; à l’état solide deux

forces prédominent, les forces attractives et répulsives propres aux particules et la force

répulsive du calorique ; à l’état liquide les deux forces précédentes jouent mais aussi celle

de la pression atmosphérique ; à l’état gazeux, seules, deux forces agissent encore : la

pression de l’atmosphère et la répulsion produite par le calorique.

49 Ampère va bâtir sa théorie de la combinaison chimique en se basant sur deux arguments

expérimentaux indéniables ; d’une part, les formes primitives établies par Haiiy, en

cristallographie, à partir du clivage des cristaux, et la loi volumétrique de Gay-Lussac

(1809) sur les combinaisons en phase gazeu se, d’autre part.

50 Selon Haüy, les cristaux macroscopiques proviennent d’un assemblage de groupes

moléculaires de formes régulières. Les opérations de clivage révèlent que les formes

secondaires d’une même substance cristallisable, qui sont souvent différentes, se

déduisent d’un même polyèdre régulier : « la forme primitive ». Il n’existe qu’un petit

nombre de formes primitives : le parallélépipède, le tétraèdre régulier, l’octaèdre à faces

triangulaires, le prisme hexagonal, le dodécaèdre à faces rhombes, et le dodécaèdre à

plans triangulaires18.

51 Des six formes primitives de la cristallographie d’Hauy, Ampère en conserve cinq : le

tétraèdre, l’octaèdre, le parallélépipède, le prisme hexaèdre, le dodécaèdre rhomboïdal,

qu’il nomme « forme repré sentative » des particules de matière. Ces polyèdres ne doivent

leur stabilité qu’aux forces d’attraction et de répulsion qui s’exercent entre les

« molécules-points » disposées à leurs sommets. Ainsi, en supposant que les « formes



10

représentatives » ou « particules » de matière sont conservées à l’état gazeux, écartées certes

davantage par la force répulsive du calorique, mais conservant leur identité propre,

Ampère donne un premier fondement à sa théorie.

52 Le deuxième fondement de la théorie d’Ampère est la « loi volumétrique », que Gay-Lussac

expri me ainsi :

« J’ai fait voir que les combinaisons des substances gazeuses les unes avec les autres

se font toujours dans des rapports les plus simples, et tels qu’en représentant l’un

des termes par l’unité, l’autre est un ou deux, ou au plus trois. Les contractions

apparentes de volume qu’éprouvent les gaz en se combinant ont aussi des rapports

simples avec le volume de l’un d’entre eux »19.

53 Ampère interprète cette loi en faisant l’hypothèse que des volumes égaux de tous les gaz

pris dans les mêmes conditions, contiennent le même nombre de particules. Cette

hypothèse qui a été formulée par Avogadro en 181120, semble à l’époque beaucoup plus

risquée que celle de l’existence des « formes représentatives », et elle ne fera pas de

consensus chez les contemporains d’Ampère. Or, cette hypothèse donne une fécondité

incontes table à la loi expérimentale de Gay-Lussac. En effet, nous dit Ampère :

« En la supposant admise, il suffira de connaître les volumes à l’état de gaz d’un

corps composé et de ses composants, pour savoir combien une particule du corps

composé contient de particules ou de portions de particule des deux composants ».

54 Ampère attribue aux gaz simples « permanents », connus à l’époque, l’oxygène,

l’hydrogène et l’a zote la « forme représentative » polyédrique la plus simple : le tétraèdre ;

pour le chlore, dont on ignore encore la nature simple, il choisit le cube. Ce qui donne,

par exemple :

55 Pour Ampère l’explication causale de la combinaison chimique est possible. Elle se trouve

dans la possibilité de superposition de polyèdres :

« Quand des particules se réunissent en une particule unique, c’est en se plaçant de

manière que les centres de gravité des particules composantes, étant au même

point, les sommets de l’une se placent dans les intervalles que laissent les sommets

de l’autre, et réciproquement. S’il n’en est pas ainsi, la combinaison ne peut se

former et les particules seront sim plement « juxtaposées » ou « agrégées ».

56 Ainsi, 1 tétraèdre + 2 octaèdres ne peuvent se combiner, il en résulte une figure bizarre.

Par contre, 1 octaèdre et 2 tétraèdres peuvent parfaitement se combiner, la figure

résultante étant le dodécaèdre, figure parfaitement symétrique. Et donc, si A a pour

forme représentative le tétraèdre et B l’octaèdre : AB2 (écriture actuelle) n’est pas

possible, alors que A2B l’est.



11

57 Le cas de la formation du chlorure d’ammonium est pour Ampère un cas particulièrement

intéressant puisque les deux composants, l’acide muriatique et l’ammoniac réagissent

tous les deux à l’état gazeux pour former un composé solide à température ambiante. Il

devient possible de valider la théorie par l’expérience :

58 Ampère s’attend, si sa théorie est exacte, à trouver pour NH4C1 un dodécaèdre

rhomboïdal, et dit-il :

« ...cette forme est en effet une de celle qui appartiennent au système de

cristallisation du sel ammoniac, et tous les autres pourraient, par conséquent, y

être ramenés par différents décroissements ».

59 Pour Ampère le problème de la combinaison chimique est résolu, si l’on admet qu’il s’agit

d’une simple composition de polyèdres. Si la composition de polyèdres aboutit à un

polyèdre symétrique et régulier, la combinaison chimique a lieu, sinon les composants

restent «juxtaposés» « ou «mêlés» « et on n’observe pas de proportions constantes ni dans

les poids ni dans les volumes gazeux.

60 La théorie chimique d’Ampère, tentative de chimie structurale avant l’heure, a le mérite

d’introduire des règles de combinaison chimique qui présupposent l’existence d’édifices

stables (nous dirions de molécules), à une époque où l’actuelle distinction atomes/

molécules n’est pas encore faite. La nouveauté conceptuelle d’Ampère, pour l’époque,

nous apparaît ainsi avec plus de force. Il fait nettement la distinction entre «forces

physiques» qui ne détruisent pas les particules et »forces chimiques« qui les détruisent21.

61 Notons qu’à cette époque, Berthollet, dans la poursuite du rêve newtonien, cherche dans

l’équilibre de toutes les forces en présence à traiter l’affinité chimique comme un

problème de mécanique. John Dalton de son côté, ayant défini les »atomes

chimiques« différents d’un corps simple à l’autre et tous identiques pour une même

substance, envisage la réaction chimique comme une simple juxtaposition d’atomes, sans

aborder le pourquoi de la réactivité chimique. Quant à Berzelius, s’appuyant sur les

résultats de H. Davy sur l’électrolyse, il attribue aux atomes daltoniens des charges

électriques soit positives soit négatives et explique la réactivité par une attraction

électrostatique entre atomes.

62 Ampère, quant à lui, s’efforce de donner une interprétation géométrique donc

mathématique de la combinaison chimique et il révèle par là son talent de théoricien qu’il

se plait à appliquer à la chimie, science qui le passionne.



12

Les formes primitives d'Ampère

63

Le

fo

pr

d'A

64

No

Thénard



13

Berthollet



14

Gay Lussac

NOTES

1. Correspondance du Grand Ampère, (L. de Launay Ed.) Gautier Villars, Paris, 1936, lettre du

29.11.1809 à Bredin , tome 3, p. 871.

2. A.-M. Ampère, « Démonstration de la relation découverte par Mariotte … », Annales de chimie et de

physique, 94, 1814, 145-160.

3. H. Davy, Collected Works, ed. John Davy, Londres, 1839-1840, tome 5, p. 285.

4. ibid., p. 345.

5. Correspondance du Grand Ampère, loc. cit., lettre à Humphry Davy du 1er novembre 1810, Louis

de Launay accompagne cette lettre du commentaire : « C’est en 1807 que Davy réussit à obtenir le

potassium par la pile de Volta. Ses expériences, communiquées àl’Institut le 29 février 1808, furent aussitôt

répétées à Paris. Mais on discutait pour savoir s’il s’agissait de véritables métaux ou d’hydrures.Ampère,

dans une note autographe, écrit : “La petite quantité de potassium et de sodium produite par ce

moyen (de Davy) ne permettait pas de les soumettre à toutes les expériences propres à décider la

question. Peut-être même serait-elle toujours restée indécise si nous n’avions trouvé le moyen de

se procurer les substances métalliques découvertes par M. Davy, en telle quantité que l’on veut

par un moyen purement chimique”. Mais, comme beaucoup d’autres travaux d’Ampère, celui-là est

resté inédit et, officiellement, c’est Gay-Lussac et Thénard quiobtinrent le potassium en grande quantité par

l’action du fer sur la potasse (recherches physico-chimiques, I, 1811, p. 74-386). ».

6. Correspondance, loc. cit. , lettre à Davy du 20 juin 1813, tome 2, p. 444-446 ; p. 444.



15

7. ibid, p. 482.

8. J. R. Partington “The early history of hydrofluoric acid”, Mem. Proc. Manchester, lit. philos. soc.,

67, 1923, p. 73-87.

9. Heslop and Robinson, “Chimie inorganique”, Paris, Flammarion, sciences, 1973, p. 553.

10. Correspondance du Grand Ampère, loc.cit., tome 1, p. 363.

11. C’est cette même idée qui conduira Beguyer de Chancourtois, en 1862, reconnu comme un

des précurseurs du tableau périodique, à établir sa classification selon le principe de la “vis

tellurique” : “le principe de continuité ... m’a conduit à rouler ma feuille, pour rapprocher les extrêmes qui

offraient beaucoup d’analogie” B.de Chancourtois, “Comptes rendus hebdomadaires des séances de

l’Académie des Sciences, 7 Avril 1862, p. 841

12. La classification des corps simples d’Ampère est critiquée positivement dans le dictionnaire

de F. Cuvier, Dictionnaire des Sciences naturelles..., Direc. F.Cuvier, 1818, notice correspondant au mot

“corps”, 532 : “...les corps sont tellement coordonnés l’un à l’autre, qu’ils forment non plus une série, mais

un cercle. L’auteur parvient à cet ordre 1°) en disposant les espèces d’un même genre de manière que les

caractères de ce genre se trouvent au plus haut degré dans l’espèce qui en occupe le milieu : par ce moyen

les propriétés des espèces extrêmes lient ces espèces à la dernière du genre précédent et à la première du

genre suivant ; 2°) en disposant les genres d’une même classe, de manière que les propriétés qui

caractérisent la classe, se trouvent au plus haut degré dans les genres lacés au milieu de la classe”

13. Pour une analyse plus détaillée on peut consulter M.Scheidecker-Chevallier et R. Locqueneux

“Liens entre philosophie et sciences physiques dans l’oeuvre de A.M Ampère”, Archives Internationales

d’histoire des sciences , 129, vol. 42, (1992), 227-268

14. Plus tard, Dumas, Béguyer de Chancourtois ... et bien sûr Mendéleeff s’appuieront fortement

sur une telle “évidence”

15. La famille des métaux alcalins (les téphralides) est suivie par celle des métaux alcalino-

terreux (les calcides), suivis à son tour par les métaux de transitions. Viennent ensuite la famille

du bore (colonne IIIA), celle du carbone (colonne IVA), celle de l’azote (colonne VIA), il ne

manque que la famille de l’oxygène (colonne VIA), confondue avec celle de l’azote et la dernière

colonne, celle des gaz rares (colonne VIIA), corps simples non encore découverts à l’époque. Le

genre des “arsénides” serait à redistribuer entre les familles VA et VIA de même que l’antimoine,

l’étain, le bismuth et le plomb tandis que le zinc, l’argent et le mercure devraient figurer dans les

genres suivants (métaux de transition). Le silicium est associé à la famille du bore, au lieu de

l’être à celle du carbone qui lui est voisine ; l’aluminium est “assez” mal placé dans le genre des

zirconides alors qu’il devrait se trouver dans celui des borides

16. Esprit classificateur, Ampère a tenté de classer l’ensemble de toutes les connaissances

humaines et dans ce cas, comme pour les corps simples il remarque : “ mais cette nécessité même

d’étudier à fond les objets dont on s’occupe fait qu’à mesure qu’on découvre denouveaux rapports, il faut

modifier les classifications ; modifications qui tendent de plus en plus vers la perfection...”A.M Ampère,

Essai sur la philosophie des sciences, T.1, Mallet-Bachelier, Paris 1834-1843, 2e édition 1856, p. 10

.

17. A.-M. Ampère : Lettre de M. Ampère à M. le Comte de Berthollet, sur la détermination des proportions

dans lesquelles les corps se combinent d’après le nombre et la disposition relative des molécules dont leurs

particules intégrantes sont composées, Annales deChimie, 1814, 90, 43-86

18. R.-J. Haüy Exposition abrégée de la théorie sur la structure des cristaux, Paris, Ed. : les directeurs

de l’Imprimerie du Cercle Social, 1792, 3-52

19. J.-L Gay-Lussac, « Mémoire sur la combinaison des substances gazeuses, les unes avec les autres »,

Mémoires de la Société d’Arcueuil, 2, 1809, 207-234.

20. J.-L Gay-Lussac, « Mémoire sur la combinaison des substances gazeuses, les unes avec les autres »,

Mémoires de la Société d’Arcueuil, 2, 1809, 207-234.

21. M. Scheidecker-Chevallier, L’hypothèse d’Avogadro (1811) et d’Ampère (1814) : La distinction atome/

molécule et la théorie de la combinaison chimique, Revue d’histoire des sciences, 1997, 50/1-2, 159-194



16

AUTEUR

MYRIAM SCHEIDECKER-CHEVALLIER

Maître de conférences au Centre de Recherches d’Histoire des idées Université de Sophia-

Antipolis



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